웨어러블을 웨어러블 답게…입으면 전력 나온다

입는 열전소자 개발, 전력공급원 해결 상용화에 청신호

▲입는 열전소자.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]입는 컴퓨터를 일컫는 '웨어러블(Wearable)' 전자기기에 전력을 공급하는 '입는 열전소자'가 개발됐다. 입기만 하면 몸의 열 에너지를 전기 에너지로 바꿔 전력을 공급한다. 웨어러블 전자제품에 대한 배터리에 대한 걱정을 덜게 됐다. 빠르면 2~3년 안에 상용화될 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 웨어러블 전자기기의 전력공급원으로 사용될 수 있는 '입을 수 있는 열전소자'를 개발해 관심을 모으고 있다. 열전소자는 열에너지를 전기에너지로 바꿔주는 소자를 말한다. 기존의 상용 열전소자는 세라믹 기판을 이용해 단단하고 휘어지지 않고 무게가 무겁고 낮은 에너지 효율 때문에 웨어러블 전자기기에 활용하기에 어려웠다.

이번에 개발된 열전소자는 유리섬유를 이용함에 따라 의류형태의 자유로운 가공이 가능하고 무게가 가볍고 전력생산 효율도 높은 것이 특징이다. 같은 무게의 기존 세라믹 기판 소자에 비해 14배 정도의 전력생산 능력을 가지고 있다.

개발된 열전소자를 팔에 두를 수 있는 가로 세로 각 10㎝의 밴드 형태로 제작하면 외부 기온이 20℃일 때(체온과 약 17℃ 차이가 있는 경우) 약 40mW의 전력이 생산된다. 웬만한 반도체 칩들은 다 구동할 수 있다. 상의 전체에 해당하는 면적(50㎝x100㎝)로 제작해 입으면 약 2W 의 전력이 생산돼 휴대폰 사용이 가능하다.

2014 CES와 다보스(Davos) 경제 포럼에서 웨어러블 전자기기가 가장 중요한 키워드로 떠올랐다. 구글, 모토로라, 삼성, LG전자 등 세계적 전자회사들이 웨어러블 기기 개발에 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 웨어러블 전자기기 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되는 것이 전력공급 문제였다. 전자기기 작동을 위해 배터리를 자주 교체 하거나 크고 무거운 배터리를 가지고 다녀야하기 때문이다.

이번에 개발된 열전소자를 이용하면 인체에서 발생하는 열을 이용해 전력을 생산함으로써 배터리 걱정 없이 반영구적으로 웨어러블 전자기기를 이용할 수 있다. 또 기존 상용소자와는 달리 대면적 소자제작이 쉬워 대량생산에 큰 장점이 있어 웨어러블 전자기기의 핵심 전력공급원으로 널리 사용될 가능성이 매우 높을 것으로 전망된다.

웨어러블 전자기기뿐만 아니라 자동차, 공장, 항공기, 선박 등 폐열이 발생하는 다양한 곳에 적용할 수 있어 에너지 문제를 해결하는 수단으로 열전소자의 가능성을 한 단계 더 높이는 계기가 됐다.

이번 연구는 2010년부터 미래창조과학부(장관 최문기)가 지원하고 있는 기반형융합연구사업의 일환으로 한국과학기술원 조병진 교수팀이 수행했다. 연구결과는 에너지 환경 분야의 'Energy & Environmental Science'지에 온라인 속보(논문명: Wearable Thermoelectric Generator Fabricated on Glass Fabric)에 실렸다.

▲스크린프린팅을 통해 만들어진 유연 열전소자.[사진제공=미래부]

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr